Fluxul curent și magnetic al unei bobine inelare. Câmpul magnetic al unei bobine cu curent. Electromagneții și aplicațiile acestora
Magneții sunt corpuri care au proprietatea de a atrage obiecte de fier. Proprietatea de atracție manifestată de magneți se numește magnetism. Magneții sunt naturali și artificiali. Minereurile de fier extrase, care au proprietatea de atragere, se numesc magneți naturali, iar piesele de metal magnetizate sunt numite magneți artificiali, care sunt adesea numiți magneți permanenți.
Proprietățile unui magnet de a atrage obiecte de fier sunt cele mai pronunțate la capete, care se numesc poli și, sau pur și simplu, poli magnetici. Fiecare magnet are doi poli: nord (N - nord) și sud (S - sud). Linia care trece prin mijlocul magnetului se numește linie neutră sau neutră, deoarece nu sunt detectate proprietăți magnetice de-a lungul acestei linii.
Magneții permanenți formează un câmp magnetic în care forțele magnetice acționează în anumite direcții, numite linii de forță. Liniile de forță ies din polul nord și intră în sud.
Un curent electric care trece printr-un conductor formează, de asemenea, un câmp magnetic în jurul conductorului. S-a stabilit că fenomenele magnetice sunt indisolubil legate de curentul electric.
Linii de forță magnetice situate în jurul conductorului cu curent într-un cerc, al cărui centru este conductorul însuși, în timp ce mai aproape de conductor sunt mai dense și mai departe de conductor - mai rar. Locația liniilor de câmp magnetic în jurul unui conductor cu curent depinde de forma secțiunii transversale a acestuia.
Pentru a determina direcția liniilor de forță, se utilizează regula gimlet, care este formulată după cum urmează: dacă înșurubați mânerul în direcția curentului din conductor, atunci rotația mânerului gimletului va arăta direcția liniilor câmpului magnetic.
Câmpul magnetic al unui conductor drept este o serie de cercuri concentrice (Fig. 157, A). Pentru a spori câmpul magnetic în conductor, acesta din urmă este realizat sub forma unei bobine (Fig. 157, b).
dacă sensul de rotație al mânerului girlet coincide cu direcția curent electricîn spirele bobinei, atunci mișcarea de translație a vrâșnei este îndreptată spre polul nord.
Câmpul magnetic al unei bobine cu curent este similar cu câmpul unui magnet permanent, deci bobina cu curent (solenoid) are toate proprietățile unui magnet.
Și aici, direcția liniilor câmpului magnetic în jurul fiecărei spire a bobinei este determinată de regula brațelor. Liniile de forță ale spirelor vecine se adună, crescând câmpul magnetic general al bobinei. După cum rezultă din Fig. 158, linii de forță camp magnetic bobinele ies dintr-un capăt și intră în celălalt, închizându-se în interiorul bobinei. Bobina, la fel ca magneții permanenți, are o polaritate (poli sud și nord), care este determinată și de regula gimletului, dacă o afirmați astfel: dacă sensul de rotație al mânerului brațului coincide cu direcția curentului electric în spirele bobinei, atunci mișcarea de translație a mânerului este îndreptată spre polul nord.
Pentru a caracteriza câmpul magnetic din punct de vedere cantitativ, se introduce conceptul de inducție magnetică.
Inducția magnetică este numărul de linii de forță magnetice pe 1 cm 2 (sau 1 m 2) de suprafață perpendicular pe direcția liniilor de forță. În sistemul SI, inducția magnetică este măsurată în tesla (abreviată ca T) și este notă cu litera LA(tesla = weber/m2 = volt secundă/m2
Weber este o unitate de măsură pentru fluxul magnetic.
Câmpul magnetic poate fi mărit prin introducerea unei tije (miez) de fier în bobină. Prezența unui miez de fier sporește câmpul, întrucât, aflându-se în câmpul magnetic al bobinei, miezul de fier este magnetizat, își creează propriul câmp, care se adaugă celui inițial și este amplificat. Un astfel de dispozitiv se numește electromagnet.
Numărul total de linii de forță care trec prin secțiunea miezului se numește flux magnetic. Mărimea fluxului magnetic al unui electromagnet depinde de curentul care trece prin bobină (înfășurare), de numărul de spire și de rezistența circuitului magnetic.
Un circuit magnetic, sau circuit magnetic, este o cale de-a lungul căreia liniile magnetice de forță sunt închise. Rezistența magnetică a circuitului magnetic depinde de permeabilitatea magnetică a mediului prin care trec liniile de forță, de lungimea acestor linii și de secțiunea transversală a miezului.
Produsul curentului care trece prin înfășurare și numărul spirelor acesteia se numește forță magnetomotoare (mf s). Fluxul magnetic este egal cu forța magnetomotoare împărțită la rezistența magnetică a circuitului- așa se formulează legea lui Ohm pentru un circuit magnetic. Deoarece numărul de spire și rezistența magnetică pentru un anumit electromagnet sunt valori constante, fluxul magnetic al unui electromagnet poate fi modificat prin ajustarea curentului din înfășurarea acestuia.
Electromagneții găsesc cea mai largă aplicație în diverse mașini și dispozitive (în mașini electrice, sonerii electrice, telefoane, instrumente de măsură etc.).
Subiect: Câmpul magnetic al unei bobine cu curent. Electromagneții și aplicațiile acestora.
Scopul lecției: Formarea conceptului de câmp magnetic al unei bobine cu curent, despre electromagneți și aplicațiile acestora, pentru a investiga dependența forțelor magnetice ale unei bobine cu curent de numărul de spire ale bobinei, curentul din bobină și prezența unui miez de fier în bobină. Dezvoltarea capacității elevilor de a analiza, de a trage concluzii. Dobândirea deprinderilor de cercetare de către studenți atunci când lucrează cu echipamente. Formarea cognoscibilității lumii, semnificația materialului studiat.
Tipul de lecție: combinat (folosind TIC)
Metode de predare: explicativ și ilustrativ, parțial explorator.
Forme de organizare a activității cognitive:
Conversație frontală în toate etapele lecției
Baie de aburi în timpul experimentelor
Individ la efectuarea testului.
Educational:
Învață să lucrezi în grup.
Învață să experimentezi cu dispozitive.
Educational:
Învață să evidențiezi principalul, esențial.
Să învețe să compare faptele studiate, să exprime gândurile în mod logic.
Modalități de implementare a metodelor:
Accentuarea intonației de către profesor Puncte importante declarații
Răspunsuri la întrebări
Se afișează videoclipuri cu echipamente multimedia
Demonstrarea experimentelor
Lucrul cu material ilustrativ
Lucru independent cu manualul
Activitatea de cercetare a elevilor
Echipament pentru lecție: calculator, prezentare „Electromagneți”, sursă curent continuu, bobină transformator, miez, ac magnetic, pilitură de fier, garoafe, lamă pe fir.
Echipament pentru lucrul de laborator: electromagnet pliabil cu piese (conceput pentru lucrări frontale de laborator pe electricitate și magnetism), sursă de curent, reostat, cheie, fire de legătură, busolă.
Demonstrații:
1) acţiunea unui solenoid (bobină fără miez), prin care circulă un curent continuu, pe un ac magnetic;
acțiunea unui solenoid (bobină cu miez), prin care circulă un curent continuu, pe un ac magnetic;
modalități de a modifica câmpul magnetic al unei bobine cu curent.
În timpul orelor:
Organizarea timpului
Baieti! Vreau să încep lecția de astăzi cu un aforism latin: „Talentul vede o modalitate de a rezolva problemele cunoscute, geniul rezolvă probleme pe care contemporanii săi nu le văd”. Astăzi vom învăța să fim talentați și cineva poate da dovadă de geniu. În ultima lecție, am început să studiem o nouă formă de materie - un câmp magnetic.
Astăzi vom continua cunoștințele noastre cu el. Cred că fiecare dintre voi va descoperi noi mistere și mistere ale câmpului magnetic și împreună vom încerca să le înțelegem.
Dar mai întâi, să verificăm cum ați înțeles materialul ultimei lecții - vom efectua un dictat fizic. Aveți cărți pe mese. Trebuie să completați propozițiile:
Actualizarea cunoștințelor de bază(6 min).
Hârtii „Continuați oferta”
Substanțele care atrag obiectele de fier se numesc... (magneți).
Interacțiunea unui conductor cu curentul și un ac magnetic
descoperit pentru prima dată de un om de știință danez... (Oersted).
Între conductorii cu curent apar forțe de interacțiune, care se numesc ... (magnetic).
Locurile dintr-un magnet unde efectul magnetic este cel mai puternic se numesc... (stâlpi de magnet).
În jurul unui conductor cu curent electric se află...
(un câmp magnetic).
Sursa câmpului magnetic este ...(sarcina de mișcare).
Liniile de-a lungul cărora axele sunt situate într-un câmp magnetic
se numesc ace mici magnetice ...(magul forțeilinii de fir)
Câmpul magnetic din jurul unui conductor care poartă curent poate fi detectat, de exemplu, ... (folosind un ac magnetic sau cufolosind pilitura de fier).
Un câmp magnetic diferă de un câmp electric prin faptul că există în jurul... (încărcări în mișcare)
Câmpul magnetic de curent continuu este ... (linii concentrice închise)
Evaluare de la colegi în perechi pe diapozitive, evaluare.
Prezentarea de material nou.
În ultima lecție, ne-am familiarizat cu câmpul magnetic al unui conductor drept și am aflat că în jurul oricărui conductor purtător de curent există un câmp magnetic invizibil, dar real. Ne-am dat seama cum să detectăm această invizibilitate. Există 2 moduri: folosind pilitura de fier și folosirea ace magnetice. Și acum să mergem mai departe. În această lecție, vom explora câmpul magnetic al unei bobine cu curent. Și să facem cunoștință cu electromagnetul.
Subiect : Câmpul magnetic al unei bobine cu curent. Electromagneții și aplicațiile acestora.
Pentru a obține o bobină, trebuie să luați un conductor izolat și să înfășurați acest conductor în jurul cadrului.
Uite, te rog, aici este o bobină și această bobină conține un număr mare de spire. sârmă de cupru. Vă rugăm să rețineți că aceste fire sunt înfășurate pe un cadru de plastic, iar acest fir are două fire. Iată o concluzie și această concluzie.
Studiul câmpului magnetic al bobinei a fost efectuat de doi oameni de știință francezi - acesta este, desigur, Ampère, despre care am vorbit, și un alt om de știință foarte faimos și celebru Arago. Când au efectuat cercetări asupra câmpului magnetic al bobinei, au descoperit că acest câmp este exact același cu câmpul magnetic al unui magnet permanent.
În ce s-a exprimat?
Acest lucru a fost exprimat după cum urmează.
EXPERIMENTUL 1 Atragerea obiectelor mici de fier printr-o bobină cu curent(bobina electromagnet, baterie, cheie, obiecte mici de fier)
În al doilea rând, bobina prin care curgea curentul electric avea polii magnetici nord și sud pronunțați. Cum să-l definești? (ascult sugestiile copiilor)
EXPERIMENTUL 2 Ac magnetic în câmpul magnetic al bobinei(Bobina de la transformator 220V, sursă DC 5-10V, ac magnetic (Fig. 12))
Acest lucru a fost determinat și folosind un ac magnetic. Când un ac magnetic a fost adus la o bobină, s-a dovedit că s-a format un câmp magnetic în jurul acestei bobine și corespunde exact aceluiași câmp magnetic ca cel al unui magnet permanent.
Aceasta înseamnă că o bobină cu curent, ca un ac magnetic, are doi poli - nord și sud.
În plus, dacă plasăm o cantitate mare de pilitură de fier, așchii lângă această bobină, atunci acestea vor fi amplasate în jurul acestei bobine la fel ca în jurul unui conductor cu curent sau un magnet permanent. Astfel, va fi clar că câmpul magnetic are o anumită formă, o anumită valoare, pe care o putem judeca după densitatea acestor linii.
În diagrame, bobina este indicată printr-un simbol specific. Uitați-vă la desenul schematic al bobinei.
Slide
Bobinele cu curent sunt utilizate pe scară largă în tehnologie ca magneți. Sunt convenabile prin faptul că acțiunea lor magnetică poate fi modificată (întărită sau slăbită) într-o gamă largă. Să aruncăm o privire asupra modalităților în care se poate face acest lucru.
Slide Efectul magnetic al unei bobine cu curent este mai puternic, cu atât este mai mare numărul de spire în ea.
EXPERIENȚA 3 privind schimbarea puterii curentului în bobină(Bobina de la transformator 220V, sursă DC 5-20V (Fig. 12), ac magnetic)
Vă atrag atenția asupra faptului că câmpul magnetic al bobinei cu curent este destul de mare, în comparație cu câmpul magnetic al conductorului cu curent. Se pare că, cu o putere mică a curentului, este deja destul de vizibilă. Dar poate fi întărit și mai mult fără a modifica numărul de ture și puterea curentă din el. Aceasta este descoperirea inginerului englez Sturgeon. El a demonstrat următoarele: când a luat despre o astfel de bobină, a luat un miez de fier și a pus această bobină pe miezul de fier. Fierul introdus în interiorul bobinei îi sporește efectul magnetic.
EXPERIMENTUL 4 Influența circuitului magnetic de fier asupra acțiunii magnetice a bobinei.(Bobina de la un transformator de 220 V, sursă de curent continuu 5-20 V, circuit magnetic de fier, ac magnetic (Fig. 16))
EXPERIENTA 5(fig 21, pilitură de fier, cuișoare)
EXPERIENTA 6(fig. 15, lama pe fir)
Acest dispozitiv se numește „electromagnet”.
Deci, ce este un electromagnet?
Un electromagnet este o bobină cu un număr mare de spire, pusă pe un miez de fier.
Electromagnetul din diagramă este indicat, atenție, ca o bobină, iar o astfel de linie orizontală este situată deasupra. Această linie caracterizează miezul de fier.
Astăzi, electromagneții sunt foarte răspândiți. Electromagneții lucrează cu noi aproape peste tot și peste tot. Aproape niciun dispozitiv nu funcționează acum fără electromagneți.
Slides (folosind electromagneți)
VIDEO - macara electromagnetica.
Partea practică (12 min).
Numărul diapozitivului
Autorealizarea de către studenți a lucrării de laborator nr. 8 „Asamblarea unui electromagnet și testarea acțiunii acestuia”, p. 175 din manualul Fizica-8 (autor A.V. Pyoryshkin, Buttard, 2009).
Consolidarea materialului studiat.
Gândește și răspunde
Ce determină proprietățile magnetice ale unui electromagnet? (Dinputerea curentului, pe numărul de spire, pe proprietățile magnetice miez, pe forma și dimensiunile bobinei.)
Un fir înfășurat în jurul unui cui poate fi numit electromagnet? (Da.)
Un curent a fost trecut printr-un electromagnet și apoi a fost înjumătățit. Cum s-au schimbat proprietățile magnetice ale unui electromagnet? (Scăzut de 2 ori.)
Cum se construiește un electromagnet puternic dacă se stabilește condiția ca curentul din electromagnet să fie relativ slab?
Cum se vor comporta două bobine agățate de fire subțiri una lângă alta dacă trece un curent prin ele?
Ce ar trebui făcut pentru a inversa polii magnetici ai bobinei?
Electromagneții folosiți la macara sunt extrem de puternici. Electromagneții, cu ajutorul cărora pilitura de fier ies accidental din ochi, sunt foarte slabe. Cum se realizează această diferență?
Slide
6. Teme pentru acasă.
1. §58. Sarcina 9 - oral.
2. Fugi acasă proiect de cercetare„Motor în 10 minute” (fiecărui student se oferă instrucțiuni pentru lucruacasă, vezi Anexă).
7. Reflecție
Baieti! Astăzi am muncit din greu. Un proverb chinezesc spune:
„O persoană poate deveni inteligentă în trei moduri: prin imitație este cea mai ușoară cale, prin experiență este cea mai dificilă cale și prin reflecție este cea mai nobilă cale.” Astăzi am încercat împreună să mergem pe căi diferite către scopul propus și sper că fiecare dintre voi a simțit interesul să învețe lucruri noi pe parcurs.
Propun ca fiecare să-și determine propriul drum, pe care l-a urmat astăzi.
Copiii de diferite culori atașează cercuri pe tablă.
GALBEN - imitație, ROȘU - experiență, VERDE - reflecție.
Hârtii „Continuați oferta”
Hârtii „Continuați oferta”
Substanțele care atrag obiectele de fier se numesc _________
Interacțiunea unui conductor cu curentul și un ac magnetic a fost descoperită pentru prima dată de un om de știință danez ___________________________________
Între conductorii cu curent apar forțe de interacțiune, care se numesc ____________________________________
Locurile de pe un magnet care au cel mai puternic efect magnetic se numesc ____________________________________
În jurul unui conductor cu curent electric se află _____________________________________
Sursa câmpului magnetic este ________________________________________________________________
Liniile de-a lungul cărora sunt situate axele săgeților mici magnetice într-un câmp magnetic se numesc _________________________________________________________________
Câmpul magnetic din jurul unui conductor purtător de curent poate fi detectat folosind ________________________________________________________________
Un câmp magnetic diferă de un câmp electric prin faptul că există în jurul ___________________________________________________________________
Câmpul magnetic de curent continuu este _____________________________________________
Proiect „Motor în 10 minute”
Este întotdeauna interesant să observi fenomene în schimbare, mai ales dacă tu însuți participi la crearea acestor fenomene. Acum vom asambla cel mai simplu (dar cu adevărat funcțional) motor electric, format dintr-o sursă de alimentare, un magnet și o mică bobină de sârmă, pe care o vom realiza și noi. Există un secret care va face ca acest set de articole să devină un motor electric; un secret care este în același timp inteligent și uimitor de simplu. Iată ce avem nevoie:
baterie de 1,5 V sau baterie reîncărcabilă;
suport cu contacte pentru baterie;
magnet;
1 metru de sarma cu izolatie emailata (diametru 0,8-1 mm);
0,3 metri de sârmă goală (diametru 0,8-1 mm).
Vom începe prin înfășurarea bobinei, partea motorului care se va învârti. Pentru a face bobina suficient de uniformă și rotundă, o înfășurăm pe un cadru cilindric adecvat, de exemplu, pe o baterie AA.
Lăsând liber 5 cm de sârmă la fiecare capăt, înfășurăm 15-20 de spire pe un cadru cilindric. Nu încercați să înfășurați bobina prea strâns și uniform, un mic grad de libertate va ajuta bobina să-și păstreze mai bine forma.
Acum scoateți cu grijă bobina din cadru, încercând să mențineți forma rezultată.
Apoi înfășurați capetele libere ale sârmei de mai multe ori în jurul spirelor pentru a păstra forma, asigurându-vă că noile spire de legare sunt exact una față de cealaltă.
Bobina ar trebui să arate astfel:
Acum este timpul pentru secret, caracteristica care va face motorul să funcționeze. Aceasta este o tehnică subtilă și neevidentă și este foarte dificil de detectat când motorul funcționează. Chiar și oamenii care știu multe despre cum funcționează motoarele pot fi surprinși să descopere acest secret.
Ținând bobina în poziție verticală, așezați unul dintre capetele libere ale bobinei pe marginea unei mese. Cu un cuțit ascuțit, îndepărtați jumătatea superioară a izolației de la un capăt liber al bobinei (suport), lăsând intactă jumătatea inferioară. Faceți același lucru cu celălalt capăt al bobinei, asigurându-vă că capetele goale ale firului sunt îndreptate în sus către cele două capete libere ale bobinei.
Care este sensul acestei abordări? Bobina va sta pe două suporturi din sârmă goală. Aceste suporturi vor fi atașate la diferite capete ale bateriei, astfel încât curentul electric să poată curge de la un suport prin bobină la celălalt suport. Dar acest lucru se va întâmpla numai atunci când jumătățile goale ale firului sunt coborâte, atingând suporturile.
Acum trebuie să faceți suport pentru bobină. Aceasta este
doar bobine de sârmă care susțin bobina și îi permit să se rotească. Sunt făcute din sârmă goală, deci
cum, pe lângă susținerea bobinei, trebuie să îi furnizeze un curent electric. Doar înfășurați fiecare bucată de pro neizolat
apă în jurul unei unghii mici - obțineți partea potrivită a noastră
motor.
Baza primului nostru motor va fi suportul bateriei. De asemenea, va fi o bază potrivită pentru că, cu bateria instalată, va fi suficient de grea pentru a împiedica tremuratul motorului. Asamblați cele cinci piese împreună așa cum se arată în imagine (la început fără magnet). Pune un magnet deasupra bateriei și împinge ușor bobina...
Dacă este făcută corect, tamburul va începe să se rotească rapid!
Sper că totul va funcționa pentru tine prima dată. Dacă, totuși, motorul nu funcționează, verificați cu atenție toate conexiunile electrice. Bobina se rotește liber? Este magnetul suficient de aproape? Dacă nu este suficient, instalați magneți suplimentari sau tăiați suporturile de sârmă.
Când pornește motorul, singurul lucru la care trebuie să fii atent este că bateria nu se supraîncălzi, deoarece curentul este suficient de mare. Doar scoateți bobina și circuitul va fi rupt.
Arată-ți modelul motor colegilor și profesorului la următoarea lecție de fizică. Lăsați comentariile colegilor de clasă și evaluarea profesorului asupra proiectului dvs. să devină un stimulent pentru proiectarea de succes a dispozitivelor fizice și cunoașterea lumii din jur. Iti doresc noroc!
Laboratorul #8
„Asamblarea unui electromagnet și testarea funcționării acestuia”
Obiectiv: asamblați un electromagnet din piese gata făcute și testați prin experiență de ce depinde efectul său magnetic.
Dispozitive și materiale: sursă de alimentare, reostat, cheie, fire de legătură, busolă, piese de ansamblu electromagnet.
Instructiuni de lucru
1. Compune circuit electric de la sursa de alimentare, bobină, reostat și cheie, conectând totul în serie. Închideți circuitul și utilizați busola pentru a determina polii magnetici ai bobinei.
Deplasați busola de-a lungul axei bobinei la o distanță la care efectul câmpului magnetic al bobinei asupra acul busolei este neglijabil. Introduceți miezul de fier în bobină și observați efectul electromagnetului asupra acului. Faceți o concluzie.
Utilizați reostatul pentru a schimba curentul din circuit și observați efectul electromagnetului asupra săgeții. Faceți o concluzie.
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Sarcină suplimentară.
Asamblați magnetul arcuit din piesele prefabricate. Conectați bobinele unui electromagnet în serie între ele, astfel încât să se obțină poli magnetici opuși la capetele lor libere. Verificați stâlpii cu o busolă. Folosiți o busolă pentru a determina unde este nordul și unde este polul sudic al magnetului.
Electromagnet de bricolaj.
Ce va fi nevoie?
Pentru autoproducția unui astfel de dispozitiv, veți avea nevoie de:
unghie.
Bobina cu fir de cupru de dimensiuni medii.
Banda izolatoare.
Baterie.
Foarfece.
Dacă toate componentele sunt disponibile și s-a luat o decizie clară cu privire la ceea ce merită încercat în practică, cum să facem un electromagnet acasă, atunci în primul rând decidem „inima” întregii structuri - cu un cui: este rotund și uniform. Forma tijei viitorului electromagnet nu trebuie să fie curbată și, în plus, pătrată. De asemenea, trebuie luat în considerare faptul că lungimea cuiului trebuie să fie suficientă pentru înfășurarea firului, de exemplu, 120 mm.
Cum se face o bobină?
Și acum cuiul este ridicat, ceea ce înseamnă că acum este necesar să înfășurați firul în jurul lui. Cum să faci un electromagnet dintr-un cui obișnuit și sârmă de cupru? Foarte usor. Principalul lucru este să înfășurați firul strâns, în rânduri adiacente unul altuia (acest lucru trebuie făcut în cel puțin 4 straturi). Această operațiune trebuie efectuată suficient de atent pentru a preveni o pauză, altfel un astfel de electromagnet nu va funcționa.
Cum să te conectezi?
Dispozitivul este alimentat cu energie electrică, astfel încât designul rezultat trebuie să fie conectat la o sursă de alimentare, utilizați o baterie. Deci, să ne uităm la ultimul pas despre cum să faci un electromagnet. Bobina este gata și mai are două capete libere ale firului de cupru. Acestea trebuie curățate puțin cu un cuțit și conectate la o sursă de alimentare, fixate cu bandă electrică. Puteți lipi firele la polii bateriei pentru a fixa mai bine contactul. De asemenea, pentru confortul manevrării acestuia, puteți instala un comutator care vă va permite să-l porniți numai după cum este necesar.
Cum functioneazã?
Principiul de funcționare al dispozitivului creat este foarte simplu. O bobină, constând dintr-o tijă și sârmă de cupru, este alimentată, în urma căreia bobina devine magnetizată. Totul este foarte simplu! Și acum știi cum să faci singur un electromagnet. Astfel de cunoștințe vor fi cu siguranță utile!
Cum să faci un electromagnet puternic?
Dacă doriți să faceți dispozitivul mult mai puternic decât sa dovedit, atunci pentru aceasta trebuie să creșteți bobina. Acest lucru se realizează prin creșterea numărului de spire și a numărului de straturi.
Slide 7. Exemple de aplicare a electromagneților:
Experiență demonstrativă 5. Experienta cu modelul de sonerie electrica.
Experiență demonstrativă 6. Experiență cu un aparat telegrafic model.
Înregistrare magnetică și redare a sunetului.
motor DC.
Accelerator ciclic.
Releu electromagnetic.
masă electromagnetică.
Bobina se va dovedi dacă strâns, bobină la bobină, înfășura firul într-o spirală suficient de lungă (Fig. 80)39. Bobina poate avea câteva zeci, sute sau chiar mii de spire. Bobina se mai numește și solenoid.
Orez. 80. Bobina (solenoid)
Câmpul magnetic de o rotație, după cum știm, nu pare foarte simplu. Câmpurile spirelor individuale ale bobinei sunt suprapuse una peste alta și s-ar părea că rezultatul ar trebui să fie o imagine foarte confuză. Totuși, nu este așa: câmpul unei bobine lungi are o structură neașteptat de simplă (Fig. 81).
Orez. 81. Bobina de câmp cu curent
În această figură, curentul din bobină merge în sens invers acelor de ceasornic când este privit din stânga (acest lucru se va întâmpla dacă, în Fig. 80, capătul din dreapta al bobinei este conectat la ¾plus¿ al sursei de curent, iar capătul din stânga la ¾ minus¿). Vedem că câmpul magnetic al bobinei are două proprietăți caracteristice.
1. În interiorul bobinei, departe de marginile sale, câmpul magnetic este uniform: în fiecare punct, vectorul de inducție magnetică este același ca mărime și direcție. Liniile de câmp sunt drepte paralele; se îndoaie numai în apropierea marginilor bobinei când se sting.
2. În afara bobinei, câmpul este aproape de zero. Cu cât sunt mai multe spire în bobină, cu atât câmpul în afara ei este mai slab.
Rețineți că o bobină infinit lungă nu emite deloc un câmp: nu există niciun câmp magnetic în afara bobinei. În interiorul unei astfel de bobine, câmpul este uniform peste tot.
39 Imagine de la en.wikipedia.org .
Nu-ți aduce aminte de nimic? Bobina este analogul „magnetic” al unui condensator. Vă amintiți că condensatorul creează un câmp electric uniform în interiorul său, ale cărui linii sunt curbate doar lângă marginile plăcilor, iar în afara condensatorului câmpul este aproape de zero; un condensator cu plăci infinite nu eliberează deloc câmpul, iar câmpul este uniform peste tot în interiorul lui.
Și acum observația principală. Comparați, vă rog, imaginea liniilor de câmp magnetic din afara bobinei (Fig. 81) cu liniile de câmp ale magnetului din Fig. 76. Este același lucru, nu-i așa? Și acum ajungem la o întrebare pe care probabil ați avut-o cu mult timp în urmă: dacă un câmp magnetic este generat de curenți și acționează asupra curenților, atunci care este motivul apariției unui câmp magnetic în apropierea unui magnet permanent? La urma urmei, acest magnet nu pare a fi un conductor cu curent!
17.7 Ipoteza lui Ampère. Curenți elementari
La început, s-a crezut că interacțiunea magneților se datorează sarcinilor magnetice speciale concentrate la poli. Dar, spre deosebire de electricitate, nimeni nu putea izola sarcina magnetică; deoarece, așa cum am spus deja, nu a fost posibil să se obțină separat polii nord și sud ai magnetului; polii sunt întotdeauna prezenți în magnet în perechi.
Îndoielile cu privire la sarcinile magnetice au fost agravate de experiența lui Oersted, când s-a dovedit că câmpul magnetic este generat de un curent electric. Mai mult, s-a dovedit că pentru orice magnet este posibil să se aleagă un conductor cu un curent de configurație corespunzătoare, astfel încât câmpul acestui conductor să coincidă cu câmpul magnetului.
Ampere a prezentat o ipoteză îndrăzneață. Nu există sarcini magnetice. Acțiunea unui magnet este explicată de curenții electrici închisi din interiorul acestuia.
Care sunt aceste curente? Acești curenți elementari circulă în atomi și molecule; sunt asociate cu mișcarea electronilor pe orbitele atomice. Câmpul magnetic al oricărui corp este alcătuit din câmpurile magnetice ale acestor curenți elementari.
Curenții elementari pot fi localizați aleatoriu unul față de celălalt. Apoi câmpurile lor se anulează reciproc, iar corpul nu prezintă proprietăți magnetice.
Dar dacă curenții elementari sunt coordonați, atunci câmpurile lor, însumându-se, se întăresc reciproc. Corpul devine magnet (Fig. 82; câmpul magnetic va fi îndreptat spre noi; polul nord al magnetului va fi și el îndreptat spre noi).
Orez. 82. Curenți elementari ai unui magnet
Ipoteza lui Ampere despre curenții elementari a clarificat proprietățile magneților. Încălzirea și scuturarea magnetului distrug aranjamentul curenților săi elementari, iar proprietățile magnetice slăbesc. Inseparabilitatea polilor magnetului a devenit evidentă: în locul în care a fost tăiat magnetul, primim aceiași curenți elementari la capete. Capacitatea unui corp de a fi magnetizat într-un câmp magnetic se explică prin alinierea coordonată a curenților elementari, „învârtindu-se” în mod corespunzător (citiți despre rotația unui curent circular într-un câmp magnetic în foaia următoare).
Ipoteza lui Ampère s-a dovedit a fi corectă; acest lucru a fost demonstrat de dezvoltarea ulterioară a fizicii. Conceptul de curenți elementari a devenit parte integrantă a teoriei atomului, dezvoltată deja în secolul al XX-lea, la aproape o sută de ani după geniala conjectura a lui Ampère.
